本文關(guān)鍵詞：小量程MEMS電容式壓力傳感器設(shè)計(jì)與工藝研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：研究小量程壓力傳感器的目的在于解決小量程壓力環(huán)境下的壓力測量問題。針對傳統(tǒng)MEMS壓力傳感器在測量小量程壓力時(shí)靈敏度會下降的問題,本文設(shè)計(jì)了一種小量程壓力傳感器。鑒于電容式傳感器在測量小量程壓力時(shí)的潛在優(yōu)勢,傳感器采用電容結(jié)構(gòu),基于變間隙式平行板電容器的原理來測量壓力。目前,利用表面微加工工藝來生產(chǎn)MEMS器件已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)MEMS器件微型化、小成本、低功耗、集成化、智能化、系列化和標(biāo)準(zhǔn)化的重要途徑。本文以表面微加工工藝為設(shè)計(jì)思路,提出了一種超薄壓敏極板的制備方法。傳感器壓敏極板極板厚度僅為3μm,從而可以提高傳統(tǒng)MEMS電容式壓力傳感器測量小量程壓力時(shí)的靈敏度。本文對小量程MEMS電容式壓力傳感器的研究從下面三個(gè)方面進(jìn)行:傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳感器力學(xué)性能和電容響應(yīng)的有限元分析仿真以及傳感器芯片的工藝研究。以解決小量程壓力測量的難點(diǎn)為目標(biāo)和出發(fā)點(diǎn),設(shè)計(jì)了傳感器的整體結(jié)構(gòu);采用理論與仿真相互結(jié)合的研究方法,借助有限元分析軟件模擬了傳感器的性能;基于表面微加工工藝設(shè)計(jì)了傳感器芯片的工藝制備流程,對其中的關(guān)鍵工藝進(jìn)行了探索性實(shí)驗(yàn),確定了具體的工藝參數(shù),成功實(shí)現(xiàn)了復(fù)合薄膜的制備和犧牲層的腐蝕。對加工完成的芯片進(jìn)行均勻加壓測試,測試結(jié)果表明傳感器的靈敏度可達(dá)0.007pF/kPa,為實(shí)現(xiàn)50kPa以下實(shí)際可用的小量程MEMS壓力傳感器打下堅(jiān)實(shí)的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：小量程 電容式 壓力傳感器 表面微加工工藝
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-17
• 1.1 選題背景及意義8-9
• 1.2 小量程MEMS壓力傳感器研究現(xiàn)狀9-15
• 1.2.1 小量程MEMS壓阻式壓力傳感器9-11
• 1.2.2 小量程MEMS電容式壓力傳感器11-15
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容15-17
• 2 小量程MEMS電容式壓力傳感器理論分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)17-27
• 2.1 傳感器工作原理17
• 2.2 壓敏極板力學(xué)性能分析17-18
• 2.3 傳感器機(jī)電性能分析18-20
• 2.4 小量程MEMS電容式壓力傳感器研制難點(diǎn)20-21
• 2.5 傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21-25
• 2.5.1 傳感器總體設(shè)計(jì)22-23
• 2.5.2 傳感器尺寸設(shè)計(jì)23-25
• 2.6 本章小結(jié)25-27
• 3 小量程MEMS電容式壓力傳感器仿真分析27-35
• 3.1 壓敏極板力學(xué)仿真27-32
• 3.1.1 壓敏極板靜力學(xué)分析28-30
• 3.1.2 壓敏極板模態(tài)分析30-31
• 3.1.3 壓敏極板諧響應(yīng)分析31-32
• 3.2 傳感器電容仿真32-34
• 3.2.1 傳感器初始電容仿真32-33
• 3.2.2 傳感器可變電容仿真33-34
• 3.3 本章小結(jié)34-35
• 4 小量程MEMS電容式壓力傳感器芯片工藝研究35-55
• 4.1 工藝流程設(shè)計(jì)35-38
• 4.2 ICPECVD制備復(fù)合薄膜工藝38-47
• 4.2.1 ICPECVD設(shè)備及工藝簡介39-40
• 4.2.2 工藝參數(shù)對薄膜性能的影響40-43
• 4.2.3 ICPECVD制備SiO2/Si3N4薄膜43-46
• 4.2.4 工藝結(jié)果及討論46-47
• 4.3 犧牲層腐蝕釋放工藝47-51
• 4.3.1 犧牲層腐蝕釋放工藝簡介47-48
• 4.3.2 SiO2犧牲層腐蝕與釋放48-49
• 4.3.3 犧牲層釋放孔設(shè)計(jì)49-50
• 4.3.4 工藝結(jié)果及討論50-51
• 4.4 傳感器芯片測試51-54
• 4.4.1 測試方案介紹51-52
• 4.4.2 測試結(jié)果及討論52-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 5 總結(jié)與展望55-57
• 參考文獻(xiàn)57-61
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文61-62
• 致謝62-63

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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2 張瑞;梁庭;賈平崗;劉雨濤;王濤龍;王心心;熊繼軍;;基于CMOS-MEMS工藝的小量程電容式壓力傳感器設(shè)計(jì)[J];儀表技術(shù)與傳感器;2016年01期

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10 陶濤;蘇輝;謝自力;張榮;劉斌;修向前;李毅;韓平;施毅;鄭有p，

本文編號：325158